蓄热式模具压塑成型干燥工艺及其模具 本发明属于工艺技术领域，特别涉及可生物降解无污发泡类材料(见中国专利申请号92104631.6、94105304.0等)制成品的成型工艺及其模具，是中国发明专利申请94104054.2“热模及其压塑发泡成型工艺”的改进发明。
中国发明专利申请94104054.2“热模及其压塑发泡成型工艺”，其模具是在阴模上开有一定数量的通气小孔，其工艺是将模具加热到成型干燥所需要的温度，按填充量的要求，将成型材料投入被加热的阴模中，迅速合上阳模，待模具内气体排放基本停止后，开模取出成型制品。由于成型材料受热后，其中水的蒸发及热分解发气剂的分解气体将产生大量的高温高压气体，这些气体将在模具内产生较大的压强，难以保持合模状态；加之通气小孔排气不畅，难以将水份带出，加工效率较低；且制品表面粗糙。不仅如此，上述专利申请由于模具结构上的原因，还存在着出模不便和填充量要求严格等弊端。
本发明就是针对上述情况，以上述发明专利为基础，从工艺和模具结构入手而研制的一种蓄热式模具压塑成型干燥工艺及其模具。
本发明的工艺方法是先将模具(包括阳模和阴模)加热到一定温度(该温度与模具质量成反比，与所蒸发水量成正比，实际应用中一般在120℃～180℃之间)，按模具模腔填充量的要求，向合模前的模腔内填充一定量的成型材料，迅速合模后施加并保持一定的压力(该压力应大于模腔在与合模轴线相垂直平面上的投影面积乘以0.3～0.5MPa/cm2)。此时，模具便将预先加热所积蓄的热量迅速传递给填充的成型材料。成型材料所含水份受热后迅速汽化，产生大量高温高压水蒸汽；若成型材料中含有热分解发气剂，发气剂也会受热引发分解、产生大量气体；这些迅速产生的高温高压气体，在排气受控的模具腔内产生压强为0.3～0.5MPa/cm2地气压(模具合拢后施加并保持的压力就是为了抵抗这个压力)，模具中填充的成型材料在水分及发气剂的汽化作用下，迅速均匀充盈整个模具模腔；随后，模腔内的气体将通过模具上设置的溢气缝隙逐步排出，并带走大量水分，模腔压力逐步降至常压，成型材料成型干燥，待气体排放基本停止，即可开模从模具中取出一个完全干燥成型的模压制成品。
根据上述工艺要求，本发明还设计了与之配套的模具。该模具由阳模2(见图1)，阴模1和阴模环箍5以及阳模和阴模之间所形成的模具模腔9所构成。模具选用导热系数高和比热高的金属材料制造。模具的质量m为：m=kD(t2-t1)i2+Di3i1(T2-T1)]]>其中：D-成型材料成型时需要蒸发的水份重量(约为所含水份的90％)；
t1-成型材料投入模具前的温度；
t2-水的汽化温度；
T1-制成品出模时的模具温度；
T2-成型材料填充时的模具温度；
i1-模具材料的比热；
i2-水的比热；
i8-水的汽化热；
k-调整系数，与模具的使用环境、模具材料的导热系数、溢气缝隙的安排、模腔的复杂程度等因素相关，其取值范围为0.5～5。
在阴模1和阳模2上均设置有若干条溢气缝隙4，其宽度在0.15mm～0.3mm之间。在不影响模具结构强度的前提下，溢气缝隙应尽可能地均匀分布。溢气缝隙根据模具模腔面的特点，可分别作轴向或径向安排。溢气缝隙4加上模具合模分型面、出模顶块6、7等结构而形成的缝隙，其总长度与成型材料成型干燥所应排出的水份重量之间的关系为6～20cm/g。成型材料含水量低，成型制品厚度薄，取值偏小，反之，取值偏高。除此之外，该取值还将受到模具结构的限制。溢气缝隙可以利用模具结构设计方法形成，即模具系由若干个模块拼接而成，由各模块所形成的分模面便构成了溢气缝隙；亦可以利用电火花线切割的工艺方法进行加工而成。
模块拼接式模具，根据结构的要求，可以采用沿合模轴线作纵向分割的桔瓣状模块，或采用沿合模轴线作横向分割的环状模块。模具模块16或17(分别见图四和图五)的单面或者双面可以安排集气腔10，集气腔的深度小于1mm。在集气腔上钻有集气孔11，将集气腔连通起来，其作用是平衡模腔内的气压，防止因局部过压喷料或充盈不完全。
为了便于出模，在阳模和阴模上设置有出模顶块6和7。
在阴模1的模腔面上，设置有若干深1.5mm，宽1.5mm截面为V型的导料槽3。根据模腔面的特点，导料槽可分别作轴向或径向安排，该导料槽在成型材料充盈整个模腔时将引导成型材料均匀分布。
在阳模和阴模的合模分型面上，安排有宽度为4～6mm、截面面积为12～30mm2的溢料集气槽8。其作用主要是汇集因某种工艺因素的细微差别(如模具温度过高，填入的成型材料过多，等等)而引起的模腔内成型材料在其成型干燥过程中出现的溢料。模具模腔9在合膜分型面上可以安排若干条截面为0.5～1mm2的径向溢料通道与溢料集气槽8相连。溢气缝隙一般也与溢料集气槽8相通。
本发明提出的蓄热式模具压塑成型干燥工艺及其模具，将成型材料的成型、干燥等过程一气呵成，不仅节能省时，而且具有成型方便、出模容易、成品率高等特点，既可用于可生物降解无污发泡水基材料制成品的生产，也可广泛应用于含水成型材料制成品的生产。如陶瓷制品、纸浆模塑制品、工艺制品等的生产。可广泛应用于包装、建筑材料、食品等行业。
本发明模具实施例一涉及一种饮料杯模具，图一为该饮料杯模具的结构侧视图。阳模2、阴模1和阴模环箍5分别由大块金属切削而成；阳模2和阴模1合模后形成模具模腔9；阴模1上沿合模轴线方向刻有若干条V型导料槽3，沿槽底用电火花切割办法切割出宽度约0.2mm的溢气缝隙4；阳模2与阴模1的合模分型面上开有溢料集气槽8；模腔9与溢料集气槽8之间刻有若干条截面为0.5～1mm2的溢料通道。阳模与阴模上分别设有出模顶块6和7。图二为图一中阴模1和阳模2的半剖顶视图，示意出导料槽3与溢气缝隙4以及溢料集气槽8之间的结构关系。
本发明模具实施例二涉及另一种结构的方便面碗模具，图三为其结构侧视图。该模具由阳模环箍12将阳模模块16若干个拼接在一起构成阳模整体；由阴模环箍5将阴模模块17若干个拼接在一起构成阴模整体；阴模模块模腔面两侧分别倒有0.75×1.5mm的倒角，拼接起来的倒角部分构成导料槽3；阳模模块与阴模模块拼接起来的拼接缝隙，构成溢气缝隙4；阴模上设有出模顶块7；阳模与阴模的合模分型面上开有溢料集气槽8；模具模腔9与该槽之间有若干条溢料通道。图四为本实施例阳模模块16的立体示意图。图五为本实施例阴模模块17的立体示意图。
本发明工艺方法的一个具例实施例如下：
以可生物降解无污发泡水基材料为成型材料，使用本发明模具实施例一的饮料杯模具。将阳模和阴模分别加热到150℃±5℃；按模具模腔9的体积，以1g/cm3左右的填充量，称取一定量的成型材料，投入阴模中；迅速合上阳模，施加并保持一定的压力，一般约经1～2秒钟，模腔内的成型材料所含水分及发气剂受热急剧汽化，并产生压强为0.3～0.5MPa/cm2的压力；该压力令模腔内的成型材料迅速充盈整个模腔，阴模模腔面上的导料槽4亦帮助成型材料均匀分布；随着模腔内的气体自模具上的溢气缝隙4逐步排出，压力逐渐降低，并带走了成型材料成型干燥所应排出的水分；待气体基本排放完毕(这一过程一般为1～2分钟)，即可开模从模具中取出一个完全干燥成型的模压制成品。该制品具有芯层疏松多孔，内外表面紧密光滑的发泡夹芯结构，其比重约为0.4g/cm3。